【課件】細胞膜的結(jié)構(gòu)和功能課件高一上學(xué)期生物人教版必修1

1、課堂導(dǎo)入我確信哪怕一個最簡單的細胞，也比迄今為止設(shè)計出的任何智能電腦更精巧！-翟中和 牛胰島素結(jié)晶細胞核Cell Nucleus細胞質(zhì)cytoplasm細胞膜Cell Membrane細胞壁Cell Wall第1節(jié) 細胞膜的結(jié)構(gòu)和功能流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容是什么？通過對細胞膜結(jié)構(gòu)探索過程分析，你對科學(xué)的過程和方法有哪些領(lǐng)悟？細胞膜有哪些主要功能？本節(jié)聚焦一個系統(tǒng)總有它的邊界一個國家有陸地、海域、領(lǐng)空的邊界使人體內(nèi)部分隔的皮膚和黏膜，是人體的邊界。一個系統(tǒng)總有它的邊界細胞作為一個基本的生命系統(tǒng)，它的邊界就是細胞膜，也叫質(zhì)膜。細胞的邊界為什么是細胞膜還是細胞壁？細胞壁的作用是維持細胞形狀，具有全透

2、性，并不能控制物質(zhì)進出細胞，所以不是真正的邊界。細胞膜作為系統(tǒng)的邊界，它在細胞的生命活動中起什么作用呢？【資料】鑒別動物細胞是否死亡常用臺盼藍染液。用它染色時，死細胞會被染成藍色，而活細胞不會著色。1.為什么活細胞不能被染色，而死細胞能被染色？活細胞的細胞膜具有選擇透過性，臺盼藍是細胞不需要的物質(zhì)，不易通過細胞膜。因此活細胞不被染色，死細胞的細胞膜失去控制物質(zhì)進出細胞的功能，臺盼藍能通過細胞膜進入細胞，死細胞能被染成藍色?！居懻摗俊举Y料】鑒別動物細胞是否死亡常用臺盼藍染液。用它染色時，死細胞會被染成藍色，而活細胞不會著色。2. 據(jù)此推測，細胞膜作為細胞的邊界，應(yīng)該具有什么功能？細胞膜作為細胞的

3、邊界，具有控制物質(zhì)進出細胞的功能?！居懻摗繉毎こ煞值奶剿鲗毎そY(jié)構(gòu)的探索 考點一細胞膜的功能目錄CONTENTS 考點二 考點三流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容 考點四考點一 細胞膜的功能（1）將細胞與外界環(huán)境分隔開 膜的出現(xiàn)是生命起源過程中至關(guān)重要的階段，它將生命物質(zhì)與外界環(huán)境分隔開，產(chǎn)生了原始的細胞，并成為相對獨立的系統(tǒng)。保障了細胞內(nèi)部環(huán)境的相對穩(wěn)定考點一 細胞膜的功能（2）控制物質(zhì)進出細胞 細胞膜的控制作用是相對的營養(yǎng)物質(zhì)細胞不需要的物質(zhì)抗體、激素、代謝廢物細胞有用的成分對細胞有害的物質(zhì)病毒、細菌 廢電池含有大量重金屬汞、鎘、錳、鉛等人們一旦食用受電池污染的土地生產(chǎn)的農(nóng)作物或是喝了受污染的水

4、，這些有毒的重金屬就會進入人體細胞內(nèi)，對人類健康造成極大的威脅考點一 細胞膜的功能（3）進行細胞間的信息交流細胞分泌化學(xué)物質(zhì)間接傳遞信息內(nèi)分泌細胞分泌的激素（如胰島素），隨血液到達全身各處，與靶細胞的細胞膜表面的受體結(jié)合，將信息傳遞給靶細胞。受體信號分子化學(xué)本質(zhì)：作用：特點：受體糖蛋白、糖脂接受激素等化學(xué)物質(zhì)信號專一性（一種受體只能識別一種或者一類物質(zhì)）考點一 細胞膜的功能（3）進行細胞間的信息交流細胞膜直接接觸傳遞信息發(fā)出信號的細胞靶細胞與膜結(jié)合的受體精子和卵細胞之間的識別和結(jié)合相鄰兩個細胞的細胞膜接觸，信息從一個細胞傳遞給另一個細胞。例如，精子和卵細胞的識別。細胞發(fā)出的信號分子與靶細胞細胞

5、膜外表面的受體結(jié)合。考點一 細胞膜的功能（3）進行細胞間的信息交流形成通道，傳遞信息相鄰兩個細胞之間形成 ，攜帶信息的物質(zhì)通過通道進入另一個細胞。例如，高等植物細胞之間通過_ 相互連接，也有信息交流的作用。胞間連絲通道胞間連絲考點一 細胞膜的功能（3）進行細胞間的信息交流內(nèi)分泌細胞靶細胞靶細胞發(fā)出信號的細胞靶細胞與膜結(jié)合的信號分子通道類型一類型二類型三 在多細胞生物體內(nèi)，各個細胞都不是獨立存在的，它們之間必須保持功能的協(xié)調(diào)，才能使生物體健康地生存。這種協(xié)調(diào)性的實現(xiàn)不僅依賴于物質(zhì)和能量的交換，也有賴于信息的交流。 圖(1)所示的信息交流方式中，A細胞主要是_，產(chǎn)生的信息分子主要是_，需要通過_的

6、運輸才能運至B細胞，信息分子要與B細胞膜上的_結(jié)合才能完成信息的傳遞。圖(2)中的1是_，2是_，請舉一個以圖(2)中的信息交流方式的例子：_。圖(3)中所示的是 細胞間的信息交流方式，該通道是_。內(nèi)分泌細胞激素血液受體信息分子受體精子與卵細胞的識別植物胞間連絲典例研習(xí)是誰，隔開了原始海洋的動蕩是誰，奏鳴了生命的交響是誰，為我日夜守邊疆 是誰，為我傳信報安康。啊，偉大的細胞膜呀！沒有你，我會是何等模樣！與外界環(huán)境隔開控制物質(zhì)進出進行細胞間信息交流考點一 細胞膜的功能對細胞膜成分的探索對細胞膜結(jié)構(gòu)的探索 考點一細胞膜的功能目錄CONTENTS 考點二 考點三流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容 考點四考點二

7、對細胞膜成分的探索思考 討論溶于脂質(zhì)的物質(zhì)不溶于脂質(zhì)的物質(zhì)提出假說：膜是由脂質(zhì)組成的1895年，歐文頓用500多種化學(xué)物質(zhì)對植物細胞的通透性進行了上萬次的實驗，發(fā)現(xiàn)細胞膜對不同物質(zhì)通透性不一樣；溶于脂質(zhì)的物質(zhì)，容易穿過細胞膜；不溶于脂質(zhì)的物質(zhì)，不溶于穿過細胞膜。01考點二 對細胞膜成分的探索思考 討論討論以下問題，展示學(xué)習(xí)成果：最初對細胞膜成分的認識，是通過對現(xiàn)象的推理分析，還是通過對膜成分的提取與檢測？最初對細胞膜成分的認識，是通過對現(xiàn)象的推理分析得出的。用500多種化學(xué)物質(zhì)對植物細胞的通透性進行了上萬次實驗，溶于脂質(zhì)的物質(zhì)，更容易通過細胞膜。細胞膜是由脂質(zhì)組成的考點二 對細胞膜成分的探索思

8、考 討論科學(xué)家利用動物的卵細胞、紅細胞、神經(jīng)細胞等作為研究材料，并利用哺乳動物的紅細胞，通過一定的方法制備出純凈的細胞膜，經(jīng)過化學(xué)分析，得知組成細胞膜的脂質(zhì)有 ，其中 含量最多 。02為什么要用哺乳動物的紅細胞來制備出純凈細胞膜呢？動物細胞無細胞壁，更易吸水脹破。哺乳動物成熟的紅細胞沒有細胞核和眾多的細胞器。吸水吸水人的正常成熟紅細胞人的圓漲的紅細胞人的漲破的紅細胞磷脂和膽固醇磷脂考點二 對細胞膜成分的探索思考 討論頭部CH2CH2CHOOCCH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3OOCCH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH

9、CHCH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3OPOOHOCH2CH2N+(CH3)3尾部頭部尾部磷脂分子結(jié)構(gòu)圖磷脂分子模型磷脂分子示意圖磷脂的一端為親水的頭，兩個脂肪酸一端為疏水的尾，多個磷脂分子在水中總是自發(fā)地形成雙分子層?？键c二 對細胞膜成分的探索思考 討論空氣磷脂分子排列為單分子層根據(jù)磷脂分子的特點，推測磷脂分子在空氣-水界面上會怎么樣鋪展？考點二 對細胞膜成分的探索思考 討論1925年，兩位荷蘭科學(xué)家戈特和格倫德爾用丙酮從人的紅細胞中提取脂質(zhì)，在空氣水界面上鋪展呈單分子層，測得單層分子的面積恰為紅細胞表面積的2倍。03推斷：細胞膜中磷脂分子必然排列為連續(xù)的兩層?？键c二 對

10、細胞膜成分的探索思考 討論水水A水水B水水 C親水的“頭部”與水接觸，疏水的“尾巴”遠離水在水中形成的磷脂雙分子層模式圖水水細胞膜的兩側(cè)都有水環(huán)境存在，同學(xué)們嘗試著大膽的推測和想象一下在這樣的環(huán)境中，磷脂分子在細胞膜中怎樣排列為兩層呢？考點二 對細胞膜成分的探索思考 討論表面積=S脂質(zhì)單分子層面積 = 2S推測思考： 用其他真核細胞（除哺乳動物成熟紅細胞）做上述實驗，若磷脂單分子層的面積為2S，則細胞表面積為_S（“大于”、“小于”、“等于”。） 用細菌細胞做上述實驗，若細胞表面積為S，則磷脂單分子層的表面積_2S（“大于”、“小于”、“等于”）小于等于考點二 對細胞膜成分的探索思考 討論討論

11、以下問題，展示學(xué)習(xí)成果：如果將磷脂分子置于水-苯的混合溶劑中，磷脂分子將會如何分布？如果將磷脂分子置于水-苯的混合溶劑中，磷脂的“頭部”將與水接觸，“尾部”與苯接觸，磷脂分子分布成單層。水環(huán)境苯環(huán)境水環(huán)境苯環(huán)境考點二 對細胞膜成分的探索思考 討論1935年，英國學(xué)者丹尼利和戴維森研究了細胞膜的張力。他們發(fā)現(xiàn)細胞的表面張力明顯低于油-水界面的表面張力。由于人們已發(fā)現(xiàn)了油脂滴表面如果吸附有蛋白質(zhì)成分則表面張力會降低。04由此推斷：細胞膜除含脂質(zhì)分子外，可能還附有蛋白質(zhì)。磷脂蛋白質(zhì)生物膜蛋白質(zhì)/%脂質(zhì)/%糖類/%人的CNS髓鞘2079少人的紅細胞膜49438大鼠的肝細胞核膜59352.9內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜67

12、33少線粒體外膜5248少線粒體內(nèi)膜7624少【補充材料】科學(xué)家陸續(xù)測定了不同細胞的生物膜的化學(xué)組成，如下表：考點二 對細胞膜成分的探索考點二 對細胞膜成分的探索脂質(zhì)占總質(zhì)量的50%蛋白質(zhì)占總質(zhì)量的40%糖類占總質(zhì)量的2%-10%磷脂最豐富，動物細胞膜含有少量膽固醇膜功能越復(fù)雜，蛋白質(zhì)種類和數(shù)量越多對細胞膜成分的探索對細胞膜結(jié)構(gòu)的探索 考點一細胞膜的功能目錄CONTENTS 考點二 考點三流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容 考點四考點三 對細胞膜結(jié)構(gòu)的探索1. 單位膜模型 （“三明治”結(jié)構(gòu)模型）所有的細胞膜都由蛋白質(zhì)脂質(zhì)蛋白質(zhì)三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，電鏡下看到的中間的亮層是脂質(zhì)分子，兩邊的暗層是蛋白質(zhì)分子。1959

13、年，羅伯特森在電鏡下看到了細胞膜清晰的暗亮暗的三層結(jié)構(gòu)，他結(jié)合其他科學(xué)家的工作，大膽地提出了細胞膜模型的假說：他把細胞膜描述為靜態(tài)的統(tǒng)一結(jié)構(gòu)。細胞膜結(jié)構(gòu)的電鏡照片(放大4000000倍)考點三 對細胞膜結(jié)構(gòu)的探索思考 討論為什么看到細胞膜暗亮暗三層結(jié)構(gòu)就能說明細胞膜是由蛋白質(zhì)脂質(zhì)雙分子層蛋白質(zhì)三層組成的呢？證據(jù)1：電鏡觀察的亮帶是3.5 nm，剛好符合磷脂雙分子層親水頭部之間的距離。3.5 nm證據(jù)2：蛋白質(zhì)對電子阻擋作用大電子透過樣品少暗帶脂雙層對電子阻擋作用小電子透過樣品多亮帶蛋白質(zhì)對電子阻擋作用大電子透過樣品少暗帶細胞膜結(jié)構(gòu)的電鏡照片(放大4000000倍)考點三 對細胞膜結(jié)構(gòu)的探索1.

14、 單位膜模型 （“三明治”結(jié)構(gòu)模型）不少科學(xué)家對于細胞膜是靜態(tài)的觀點提出質(zhì)疑：如果是這樣，細胞膜的復(fù)雜功能將難以實現(xiàn)，就連細胞的生長、變形蟲的變形與運動這樣的現(xiàn)象都難以解釋?？键c三 對細胞膜結(jié)構(gòu)的探索2.流動鑲嵌模型 1970年，科學(xué)家用發(fā)綠色熒光的染料標(biāo)記小鼠細胞表面的蛋白質(zhì)分子，用發(fā)紅色熒光的染料標(biāo)記人細胞表面的蛋白質(zhì)分子，將小鼠細胞和人細胞融合。這兩種細胞剛?cè)诤蠒r，融合細胞的一半發(fā)綠色熒光，另一半發(fā)紅色熒光。在37下經(jīng)過40min，兩種顏色的熒光均勻分布。小鼠細胞人細胞細胞融合37,40min正常融合的細胞融合細胞紅色熒光染料標(biāo)記的膜蛋白綠色熒光染料標(biāo)記的膜蛋白這一實驗以及相關(guān)的其他實驗

15、證據(jù)表面，細胞膜具有流動性。熒光標(biāo)記的小鼠細胞和人細胞融合實驗示意圖在適宜的溫度范圍內(nèi)，隨外界溫度升高，膜的流動性增強；但溫度超出一定范圍，會導(dǎo)致膜被破壞。考點三 對細胞膜結(jié)構(gòu)的探索物理學(xué)家將細胞膜冰凍處理后用冷刀斷開，升溫后暴露兩層磷脂之間的斷裂面，復(fù)膜后在電鏡下觀察斷裂面的形態(tài)結(jié)構(gòu)。（冰凍蝕刻顯微技術(shù)）蛋白質(zhì)鑲嵌、嵌入或貫穿于磷脂雙分子層中。 體現(xiàn)了膜結(jié)構(gòu)內(nèi)外的不對稱性，不同上述蛋白質(zhì)排列結(jié)構(gòu)冰凍蝕刻電鏡技術(shù)觀察的蛋白質(zhì)分布模型2.流動鑲嵌模型 時間：1972年人物：辛格和尼科爾森提出生物膜模型流動鑲嵌模型，為多數(shù)人所接受。考點三 對細胞膜結(jié)構(gòu)的探索細胞膜主要是由磷脂分子和蛋白質(zhì)分子構(gòu)成的

16、磷脂雙分子層是膜的基本支架，其內(nèi)部是磷脂分子的疏水端蛋白質(zhì)分子以不同的方式鑲嵌在磷脂雙分子層中：基本內(nèi)容 對細胞膜成分的探索對細胞膜結(jié)構(gòu)的探索 考點一細胞膜的功能目錄CONTENTS 考點二 考點三流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容 考點四考點四 流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容1.內(nèi)容磷脂雙分子層是膜的基本支架。其內(nèi)部是磷脂分子的疏水端，水溶性分子或離子不能自由通過，因此具有屏障作用。磷脂分子磷脂雙分子層蛋白質(zhì)分子以不同方式鑲嵌在磷脂雙分子層中有的鑲在磷脂分子層表面。有的部分或全部嵌入磷脂雙分子層中，有的貫穿于整個磷脂雙分子層表面。蛋白質(zhì)這些蛋白質(zhì)分子在物質(zhì)運輸?shù)确矫婢哂兄匾饔??？键c四 流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容磷

17、脂分子磷脂雙分子層糖蛋白糖被在細胞生命活動中具有重要的功能。例如，糖被與細胞表面的識別、細胞間的信息傳遞等功能又密切關(guān)系。細胞膜的外表面，糖類分子與蛋白質(zhì)結(jié)合形成糖蛋白，或與脂質(zhì)結(jié)合形成糖脂，這些糖類分子叫做糖被。糖脂考點四 流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容考點四 流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容2. 結(jié)構(gòu)特點具有一定的流動性磷脂分子可以側(cè)向自由移動，蛋白質(zhì)大多也能運動。細胞膜的流行性對于細胞完成物質(zhì)運輸、生長、分裂、運動等功能非常重要。側(cè)向擴散旋轉(zhuǎn)運動擺動運動旋轉(zhuǎn)異構(gòu)科學(xué)方法實驗、推理和想象提出假說實驗驗證提出假說實驗驗證建構(gòu)模型修正模型 最初依據(jù)實驗現(xiàn)象和已有的知識和信息，提出解釋某一生物學(xué)問題的一種假說，再

18、用進一步的觀察與實驗對已建立的假說進行修正和補充。一種假說最終被接收或被否定，取決于它是否能與以后不斷得到的觀察和實驗結(jié)果相吻合。提出假說:課堂小結(jié)既然膜內(nèi)部是疏水的，水分子為什么能跨膜運輸？一是因為水分子極小，可以通過由于磷脂分子運動而產(chǎn)生的間隙；二是因為膜上存在水通道蛋白，水分子可以通過通道蛋白通過膜。拓展知識2003年諾貝爾化學(xué)獎，授予了水通道蛋白的發(fā)現(xiàn)者彼得阿格雷證明水通道蛋白的作用短時間內(nèi)觀察到細胞吸水膨脹短時間內(nèi)細胞無明顯膨脹現(xiàn)象將兩組細胞置于清水中拓展知識練習(xí)與應(yīng)用（P46）1. 基于對細胞膜結(jié)構(gòu)和功能的理解，判斷下列相關(guān)敘述是否正確。構(gòu)成細胞膜的磷脂分子具有流動性，而蛋白質(zhì)固定

19、不動的 （ ）細胞膜是細胞的一道屏障，只有細胞需要的物質(zhì)才能進入，而對細胞有害的物質(zhì)則不能進入。（ ）向細胞內(nèi)注射物質(zhì)后，細胞膜上會留下一個空洞。 （ ）2. 細胞膜的特性和功能是由其結(jié)構(gòu)決定的，下列相關(guān)敘述錯誤的是 （ ）細胞膜的脂質(zhì)結(jié)構(gòu)使溶于脂質(zhì)的物質(zhì)，容易通過細胞膜由于磷脂雙分子層內(nèi)部是疏水的，因此水分子不能通過細胞膜細胞膜的蛋白質(zhì)分子有物質(zhì)運輸功能細胞的生長現(xiàn)象不支持細胞膜的靜態(tài)結(jié)構(gòu)模型B練習(xí)與應(yīng)用（P46）3. 在解釋不容易理解的陌生事物時，人們常用類比的方法，將陌生的事物與熟悉的事物作比較。有人在解釋細胞膜時，把它與紗窗進行類比；紗窗能把昆蟲擋在外面，同時紗窗的小洞又能讓空氣進出。你認為這種類比有什么合理之處，有沒有不妥當(dāng)?shù)牡胤?？把細胞膜與紗窗進行類比，合理之處是說明細胞膜與紗窗一樣可以允許一些物質(zhì)出入，阻擋其他物質(zhì)出入。這樣的類比也有不妥之處。例如，紗窗是一種簡單的剛性的結(jié)構(gòu)，功能較單純，細胞膜的結(jié)構(gòu)和功能要復(fù)雜得多；細胞膜時活細胞的重要組成部分，活細胞的生命活動是一個主動的過程，而紗窗是沒有生命的，它只能是被動地在起作用。練習(xí)與應(yīng)用（P46）4. 右下圖是由磷脂分子構(gòu)成的脂質(zhì)體，它可以作為藥物的運